yatay gen transferi

Değişimi F plazmid konjügasyon ile
Modern aile yaşam ağacı. Carl Woese ve diğerlerinin sonuçlarına göre üç alana ayrılmıştır . Kloroplastlar ve mitokondri tarafından yapılan yatay gen transferi, şeklin alt ortasında bulunabilir. Woese'ye göre, yatay gen transferi, çok küçük bir genoma sahip bir ilkel hücreler konsorsiyumundan üç alanın gelişiminde belirleyici bir rol oynadı (Şek. Aşağıda).

Yatay gen transferi ( HGT ) ya da yan gen transferi ( LGT ) içindeki bir transferi gösterir genetik materyal olup , yani iniş hattı boyunca değil , bir kuşaktan sonraki, ancak “yatay olarak” bir organizmanın zaten var diğerine. Bunun aksine, dikey gen transferi gerçekleşir gelen ataları için torunları , zaten zamanla algılandı gen artıklarından gen transferi bir denir çağdışı evrimibelirlenmiş. Doğal yanal gen transferi esas olarak prokaryotlarda, özellikle de genetik materyallerinin bir kısmını konjugasyon yoluyla başka bir bireye aktaran bakterilerde gözlenir. Bir patojenin genetik materyalinin enfekte bir nesilden diğerine aktarıldığı dikey iletimin aksine (örneğin Wolbachia pipientis'te ), yatay gen transferi üreme süreciyle bağlantılı değildir . Genler genellikle mobil formdadır ( bakteriyofajlar veya plazmitler gibi bir vektör ). Örneğin, bakteriler konjuge olduğunda , üreme süreçlerine bakılmaksızın aynı türün bireyleri arasında veya farklı türlerin bireyleri arasında genetik materyal aktarılır. Daha önce kopyalanmış bir plazmit, bir alıcı hücreye aktarılır. Bu, alıcı organizmayı genetik bilgi ile zenginleştirir.

evrim

Evrim teorisinde, yatay gen transferi, bu nedenle , özellikle mikroorganizmalar söz konusu olduğunda, gelişimdeki sıçramaları açıklamanın bir yoludur . Yatay gen transferi, değişen çevresel koşullara hızlandırılmış adaptasyon sağlar , örn. B. antibiyotik direnci veya bir virülans faktörü geçirerek , bazen de sözde gruplandırılmış Patojenite adaları .

Yatay gen transferi belirlenmesini zorlaştırır aile ağaçlar tarafından moleküler saatler . Öte yandan, yatay gen transferinin evrensel bir yaşam biyokimyasının korunmasını ve dolayısıyla genetik kodun evrenselliğini desteklediği varsayılmaktadır. Başka bir deyişle: yatay gen transferi olarak genetik kod ve kuvvetler bu evrenselliğini izler ortak dil yeryüzünde yaşam. Bu şekilde genetik değişim veya biyolojik yeniliğin biyosfer yoluyla yayılması gerçekleşebilir.

Çok çeşitli bakteri ve arkelerin tam genomu dizilendiğinden , uzaktan akraba organizmalar arasındaki gen transferinin de, özellikle örtüşen ekolojik nişlerde yaşadıklarında , önemli bir rol oynadığı gösterilmiştir . En iyi 20 ile 45 °C arasındaki sıcaklıklarda gelişen ve anaerobik olarak yaşayan mezofilik bakterilerde, genomun %16'sının yatay gen transferinden geldiği bulundu. Genlerinin üçüncü bir enzim arasında chemotrophic metabolizma sırasında bir gen transferi türetilen, ribozomal nadir yatay 150 faktörüyle proteinler değiştirilmiştir. Aerobik mikroorganizmalarda gen değişimi yoluyla aktarılan genlerin oranı yaklaşık 2 kat daha düşüktür. Onlarla da HGT, mikroorganizmalar tarafından kullanılan substratların çeşitliliğine ve adaptasyonlarına önemli bir katkı sağlamıştır .

Dan gen transferi bakterilere karşı archaea da oynadığı önemli rol . Genomunun% 5 Hakkında metanojenik organizma Methanosarcina bakteriyel kökenlidir. Aktarılan genler aracılığıyla, bu organizmalar asetat kullanma ve onu metana dönüştürme yeteneği kazanmıştır . HGT yoluyla elde edilen metanojenik arkelerin bu yeteneğinin , o zamanlar dünya tarihinde bilinen en büyük kitlesel yok oluşa yol açan yaklaşık 252 milyon yıl önce ( Perm-Triyas sınırı ) iklim felaketine katkıda bulunması mümkündür .

Oksijenik fotosentezin iki fotosistemi farklı organizmalardan gelir.

Dünya tarihinde daha da belirleyici olan moleküler oksijenin oluşumu ve dünya atmosferinde birikmesiydi. Siyanobakteriler edildi sorumlu bunun için oksijenli fotosentez , serbest O 2 su kullanılarak ışık enerjisi . Bunu yapmak için zarlarında kemiozmotik birleştirilmiş elektron taşıma zinciri kullanırlar . İlişkisiz bakterilerden ayrı olarak geliştirilen ve daha sonra HGT aracılığıyla siyanobakterilerin atasına gelen iki sistemden oluşur.

Endosimbiyotik gen transferi

Göre Endosimbiyotik teori , plastidler ( kloroplast vs.) ve mitochondria- organelleri gibi ( İngilizce mitokondri-ilişkili organeller , MRO) verilen torunları Siyanobakterinin veya Alphaproteobacteria evrim sürecinde giderek daha büyük bir bölümünü aldığı (veya benzeri), onların endosimbiyotik gen transferi (EGT) yoluyla çekirdeğe aktarılan genler . Bu, bağımsızlık kaybıyla el ele gitti ve bunun sonucunda orijinal bakteriler organel haline geldi . EGT bu nedenle endosembiyozdan konakçıya yatay bir gen transferidir. Bu durum bugün de gözlemlenebilir. EGT sonuçta organel DNA'sının tamamen kaybolmasına yol açabilir.

Genetik mühendisliği

Yatay gen transferi, genetik mühendisliğinde transgenik organizmalar oluşturmak için önemli bir yöntemdir . Sırasıyla prokaryotlar ve ökaryotlar için farklı yöntemler başarıyla kullanılmıştır. Prokaryotlarda konjugasyon , transdüksiyon ve transformasyon kullanılır. Ökaryotlarda, prokaryotlardaki dönüşüme eşdeğer olarak bir transfeksiyon gerçekleştirilebilir.

Gen tedavisi

Örneğin, bir genetik kusuru düzeltmek için " germ hattı tedavisi " olarak adlandırılan genetik materyalin insan germ hücrelerine sokulması , 1991 tarihli Embriyo Koruma Yasası'ndan kaynaklanan yüksek riskler nedeniyle Almanya'da yasaklanmıştır. Terapötik olarak etkili genetik materyalin halihazırda var olan bir alıcı organizmanın vücut hücrelerine kaçakçılığı (yatay gen transferi) izin verilir, halihazırda bireysel alanlarda başarıyla kullanılmaktadır ve somatik gen tedavisi olarak anılmaktadır .

Kanıt ve örnekler

Prokaryotik DNA'nın ökaryotlara transferi şimdiye kadar Agrobacterium tumefaciens (bitki hücreleri) ve Bartonella henselae'de (insan hücreleri) doğrudan gösterilmiştir .

Yüksek organizmalarda yatay bir gen transferinin bir örnek için genlerin transferi karotenoid - sentezi a mantar ile Acyrthosiphon pisum ( Acyrthosiphon pisum ).

Bir başka örnek bir devir olduğu selülaz geninin bir kolu ile Nematoda bunların arasından endosimbiyont .

2012 yılında, Ricardo Acuña ve meslektaşları, kahve kirazı böceğinin ( Hypothenemus hampei ), henüz tanımlanamayan bir bakteriden yatay gen transferi yoluyla sindirim enzimi mannanaz için HhMAN1 genini edindiğine dair kanıtlar buldular . Enzim böceği sağlayan yıkmak ve sindirmek galaktomannanlara en önemli depolama karbonhidratları kahve çekirdeği.

İnsan genomlarının artık sayısız açık erişimli dizisindeki bakteri genleri için kapsamlı bir araştırma sırasında, belirli kanser hücrelerine dahil edilmiş olan bakteri genleri bulundu, ancak birkaç vakada sağlıklı hücrelerde de bulundu.

Ayrıca bakınız

Bireysel kanıt

  1. ↑ Doğa İncelemeleri Mikrobiyoloji. 3, Eylül 2005, s. 675-678.
  2. ↑ JH Badger: Hyphomonas neptunium'un genomik analizi, 16S rRNA gen tabanlı filogenetik analizle çelişiyor: 'Rhodobacterales' ve Caulobacterales takımlarının taksonomisi için çıkarımlar. İçinde: ULUSLARARASI SİSTEMATİK VE EVRİMSEL MİKROBİYOLOJİ DERGİSİ. 55, 2005, s. 1021, doi: 10.1099 / ijs.0.63510-0 . PMID 24318976 .
  3. ↑ Nicholas J Matzke, Patrick M Shih, Cheryl A Kerfeld: Prochlorococcus ve Synechococcus'taki Çekirdek Genlerin Uyumunun Bayes Analizi ve Yatay Gen Transferi Üzerindeki Etkiler . İçinde: PLoS One . kaset 9 , hayır. 1 , 2014, doi : 10.1371 /journal.pone.0085103 , PMC 3897415 (serbest tam metin).
  4. ↑ Volker Knoop, Kai Müller: Genler ve aile ağaçları: moleküler filogenetik üzerine bir el kitabı . 2. Baskı. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2009, ISBN 978-3-8274-2230-9 , s. 331-333 , doi : 10.1007/978-3-8274-2230-9 .
  5. ↑ V. Kubyshkin, CG Acevedo-Rocha, N. Budisa: Protein biyogenezinde evrensel kodlama olayları üzerine . İçinde: Biyosistemler . 2017. doi : 10.1016 / j.biosystems.2017.10.004 .
  6. ↑ V. Kubyshkin, N. Budisa: Mikrobiyal organizmaların genetik kod mühendisliği kullanılarak sentetik yabancılaştırılması: Neden ve nasıl? . İçinde: Biyoteknoloji Dergisi . 12, 2017, s. 1600097. doi : 10.1002 / biot.201600097 .
  7. ^ CR Woese: Yeni Bir Yüzyıl İçin Yeni Bir Biyoloji . İçinde: Mikrobiyoloji ve Moleküler Biyoloji İncelemeleri . 68, 2004, s. 173-186. doi : 10.1128 / MMBR.68.2.173-186.2004 .
  8. ↑ JP Gogarten, JP Townsend: Yatay gen transferi, genom yeniliği ve evrimi . İçinde: Doğa İncelemeleri Mikrobiyoloji . 3, 2005, s. 679-687. doi : 10.1038/nrmicro1204 .
  9. ↑ Alejandro Caro-Quintero, Konstantinos T. Konstantinidis: Filumlar arası HGT, birçok mezofilik ve anaerobik bakterinin metabolizmasını şekillendirmiştir . İn: ISME J . kaset 9 , hayır. 4 , 2015, s. 958–967 , doi : 10.1038 / ismej.2014.193 .
  10. ↑ Sofya K. Garushyants, Marat D. Kazanov, Mikhail S. Gelfand: Methanosarcina'da yatay gen transferi ve genom evrimi . İçinde: BMC Evrimsel Biyoloji . kaset 15 , hayır. 1 , 2015, s. 01-14 , doi : 10.1186/s12862-015-0393-2 .
  11. ↑ Gregory P. Fournier, J. Peter Gogarten: Selülolitik Clostridia'dan yatay gen transferi yoluyla Methanosarcina'da asetoklastik metanojenezin evrimi . İçinde: Bakteriyoloji Dergisi . kaset 190 , hayır. 3 , 2008, s. 1124-1127 .
  12. ^ Daniel H. Rothman, Gregory P. Fournier, Katherine L. French, Eric J. Alm, Edward A. Boyle, Changqun Cao, Roger E. Summons: Permiyen sonu karbon döngüsünde metanojenik patlama. İçinde: PNAS. 111 (15), 2014, sayfa 5462-5467; yazdır 31 Mart 2014, doi: 10.1073 / pnas.1318106111 .
  13. ^ Georg Fuchs, Hans Günter Schlegel, Thomas Eitinger: Genel mikrobiyoloji . 9., tamamen gözden geçirilmiş ve genişletilmiş baskı. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2014, ISBN 978-3-13-444609-8 , bölüm. 15 , s. 472 sol alt .
  14. ↑ William Martin, Tamas Rujan, Erik Richly, Andrea Hansen, Sabine Cornelsen, Thomas Lins, Dario Leister, Bettina Stoebe, Masami Hasegawa, David Penny: Arabidopsis, siyanobakteriyel ve kloroplast genomlarının evrimsel analizi, plastid filogeniyi ve binlerce siyanobakteriyel gen ortaya koymaktadır. çekirdek . İçinde: Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı . 99, No. 19, 2002, s. 12246-12251. bibcode : 2002PNAS ... 9912246M . doi : 10.1073 / pnas.182432999 . PMID 12218172 . PMC 129430 (ücretsiz tam metin).
  15. ↑ Chun Y. Huang, Michael A. Ayliffe, Jeremy N. Timmis: Kloroplast DNA'sının çekirdeğe aktarım hızının doğrudan ölçümü . İçinde: Doğa . 422, No. 6927, 2003, sayfa 72-6. bibcode : 2003Natur.422 ... 72H . doi : 10.1038 / nature01435 . PMID 12594458 .
  16. ↑ DNA Doğrudan Hücrenin Kloroplastlarından Çekirdeğine Atlar , tarih: SciTechDaily, 16 Nisan 2012
  17. ↑ Bitki genlerinin kloroplastlardan hücre çekirdeğine doğrudan transferi , MPG'nin (Moleküler Bitki Fizyolojisi için MPI) 13 Nisan 2012 tarihli basın açıklaması
  18. ↑ Tel Aviv Üniversitesi araştırmacıları , oksijensiz nefes alan benzersiz bir hayvan keşfettiler : EureAlert! 25 Şubat 2020'den itibaren
  19. ^ M. Van Montagu: GD tarım için uzun bir yol. İçinde: Bitki biyolojisinin yıllık incelemesi . Cilt 62, Haziran 2011, sayfa 1-23, ISSN  1545-2123 . doi: 10.1146 / annurev-arplant-042110-103906 . PMID 21314429 .
  20. ↑ G. Schröder, R. Schuelein ve diğerleri: Bakteriyel patojen Bartonella henselae'nin VirB / VirD4 tip IV salgılama sistemi ile insan hücrelerine konjugatif DNA transferi. İçinde: PNAS . Cilt 108, Sayı 35, Ağustos 2011, s. 14643-14648. doi: 10.1073 / pnas.1019074108 . PMID 21844337 . PMC 3167556 (serbest tam metin).
  21. ↑ Yaprak bitlerinde Karotenoid Üretiminin Temelinde Mantarlardan Genlerin Yanal Transferi Yatar. İçinde: Bilim / AAAS. www.sciencemag.org, 15 Ocak 2011'de erişildi .
  22. ^ Böcek Rengine Bir Mantar Geçmişi. İçinde: Bilim / AAAS. www.sciencemag.org, 15 Ocak 2011'de erişildi .
  23. ↑ John T. Jones, Cleber Furlanetto, Taisei Kikuchi: Nematodlarda bitki parazitliğinin evriminde itici güç olarak bakteri ve mantarlardan yatay gen transferi. ( İnternet Arşivinde 21 Eylül 2013 tarihli orijinalin hatırası ) Bilgi: Arşiv bağlantısı otomatik olarak eklendi ve henüz kontrol edilmedi. Lütfen orijinal ve arşiv bağlantısını talimatlara göre kontrol edin ve ardından bu uyarıyı kaldırın. İçinde: Nematoloji. Cilt 7, No. 5, 2005, s. 641-646.  @1@ 2Şablon: Webachiv / IABot / www.ingentaconnect.com
  24. ↑ Werner E. Mayer ve diğerleri: Mikrobiyal selülazların nematod genomlarına yatay gen transferi, fonksiyonel asimilasyon ve gen döngüsü ile ilişkilidir. İçinde: BMC Evrimsel Biyoloji. Cilt 11, Sayı 1, 2011, sayfa 13.
  25. ↑ Ricardo Acuña, Beatriz E. Padilla, Claudia P. Flórez-Ramos, José D. Rubio, Juan C. Herrera, Pablo Benavides, Sang-Jik Lee, Trevor H. Yeats, Ashley N. Egan, Jeffrey J. Doyle, Jocelyn KC Rose: Bir bakteri geninin istilacı bir haşere kahvesine uyarlanabilir yatay transferi. İçinde: ABD Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. cilt 109 no.11, 2012, s. 4197-4202, doi: 10.1073 / pnas.1121190109 .
  26. ↑ David R. Riley, Karsten B. Sieber ve diğerleri: Bakteri-İnsan Somatik Hücre Lateral Gen Transferi Kanser Örneklerinde Zenginleştirilmiştir. İçinde: PLoS Hesaplamalı Biyoloji. 9, 2013, s. E1003107, doi: 10.1371 /journal.pcbi.1003107 .